数据库的水平拆分

数据库的水平拆分

比如说订单，你第一要考虑业务场景，查询订单是哪些用户：其一是前端的用户；其二是后端的用户商家和客服。
第二，它的存储量，订单的数据量是非常大的。但对商品和库存来说，它是有一定的范围的，不会无限的大，因为一个网站或者一个商店，你卖的SKU数量是
有限的。一个大超市可能是几万个SKU，一个小门店可能是几百个，它不会无限扩展的。

数据增量也是如此，一个大超市卖的SKU也就是几万个，电商平台可能是百万级千万级，但是它也不是无限增长的，这更多取决于商家的体量，所以它的数据
量即使有增长也是非常缓慢的。这和订单不一样，订单是几何式的增长。

再看读和写，订单、库存的读和写频率都很高。但是对于商品、价格来讲，读肯定是很高的，因为不停地在浏览，但是写是很少的，改价格的机率很低，不
停地改商品信息的机率也是很低的。

另外是事务的一致性。对于订单和库存一定是要保持一致性，商品信息写的话比较少，不太涉及到事务，除非是批量修改，相对来说事务性一致性稍微弱一
些。

还有缓存，库存可以有缓存，但是缓存的时间是很短的，库存的缓存时效不可能是以天、以小时为级别的，几分钟级别已经是不错了。很多时候前端显示还
是有库存，后面可能已经没有了，所以库存有时效性的要求。但为了减轻数据库压力，在前端展示会有库存的缓存，比如有时候大家会遇到，在浏览的时候
发现它是有库存的，但是下单就没有了，那就是因为前端是缓存的，但是下单的是实时的库存，已经没有了。但对商品和价格信息来说，缓存时效就可以长
一些，可以通过缓存技术减轻数据库的压力。

热点数据也是一样的。数据库的水平拆分怎么拆，从哪些维度去拆，比如说订单，可以有几个维度，你可以根据订单号去拆，根据产用户、商家去拆。对响
应速度来说，用户要求响应速度是最高的；而对商家来说，用户下完订单之后，稍微延迟一会儿他也能接受。

如果按照用户去拆，热点数据的概率就很低，很难出现一个用户一下子出现几千个几万个订单；但是如果按对商家来拆，有一些大的商家，一个双十一可能
几个小时就有上千万的单，这个量就非常大。

而对商品信息来说，如果说你的量没有像天猫、淘宝级别的话，并且主要是靠缓存来读，一般的电商网站，是不需要拆分的。

在做订单水平拆库的时候，不可能网站停下来去做这个项目，所以我们说是飞机开的时候换发动机，在汽车跑的时候换轮胎。

一个是Service化做了技术架构上的拆分，一个是做了数据库的水平拆分。这是刚刚提到的准备工作，Service化和水平拆库的同时，我们的很多中间件技术
也发展起来了，因为你的量上来了、架构调整了，配套设施也要上来，不是说简单的教室一拆分就完了，学校没有保安，要上体育课没有操场是不行的，因
此没有相应的中间件没有是不行的。

数据库拆分有两种：

1)垂直分库 
数据库里的表太多，拿出部分到新的库里，一般是根据业务划分表，关系密切的表放同一数据库，应用修改数据库连接即可，比较简单。 
2)水平分库 
某张表太大，单个数据库存储不下或访问性能有压力，把一张表拆成多张，每张表存放部分记录，保存在不同的数据库里，水平分库需要对系统做大的改造。

1)Scale up，升级Oracle数据库所在的物理机，提升内存/存储/IO性能，但这种升级费用昂贵，并且只能满足短期需要。 
2)Scale out，把订单库拆分为多个库，分散到多台机器进行存储和访问，这种做法支持水平扩展，可以满足长远需要。

订单库主要包括订单主表/订单明细表(记录商品明细)/订单扩展表，水平分库即把这3张表的记录分到多个数据库中，订单水平分库效果如下图所示：

原来一个Oracle库被多个MySQL库取代，支持1主多备和读写分离，主备之间通过MySQL自带的数据同步机制（SLA<1秒），所有应用通过订单服务访问订单数据。

分库维度

水平分库首先要考虑根据哪个字段作为分库维度，选择标准是尽量避免应用代码和SQL性能受影响，这就要求当前SQL在分库后，访问尽量落在单个库里，否则单库访问变成多库扫描，读写性能和应用逻辑都会受较大影响，。

对于订单拆分，大家首先想到的是按照用户Id拆分，结论没错，但最好还是数据说话，不能拍脑袋。好的做法是首先收集所有SQL，挑选where语句最常出现的过滤字段，比如用户Id/订单Id/商家Id，每个字段在SQL中有三种情况：

• 单Id过滤，如用户Id=？
• 多Id过滤，如用户Id IN (?,?,?)
• 该Id不出现

然后进一步统计，假设共有500个SQL访问订单库，3个过滤字段出现情况如下：

结论明显，应该选择用户Id进行分库。

等一等，这只是静态分析，每个SQL访问的次数是不一样的，因此还要分析每个SQL的访问量。我们分析了Top15执行最多的SQL (它们占总执行次数85%)，如果按照用户Id分库，这些SQL 85%落到单个数据库, 13%落到多个数据库，只有2%需要遍历所有数据库，明显优于使用其他Id进行分库。

通过量化分析，我们知道按照用户Id分库是最优的，同时也大致知道分库对现有系统的影响，比如这个例子中，85%的SQL会落到单个数据库，这部分的访问性能会优化，坚定了各方对分库的信心。

分库策略

分库维度确定后，如何把记录分到各个库里呢？一般有两种方式：

• 根据数值范围，比如用户Id为1-9999的记录分到第一个库，10000-20000的分到第二个库，以此类推。
• 根据数值取模，比如用户Id mod n，余数为0的记录放到第一个库，余数为1的放到第二个库，以此类推。

两种分法的优劣比较如下：

实践中，为了处理简单，选择mod分库的比较多。同时二次分库时，为了数据迁移方便，一般是按倍数增加，比如初始4个库，二次分裂为8个，再16个。这样对于某个库的数据，一半数据移到新库，剩余不动，对比每次只增加一个库，所有数据都要大规模变动。

补充下，mod分库一般每个库记录数比较均匀，但也有些数据库，存在超级Id，这些Id的记录远远超过其他Id，比如在广告场景下，某个大广告主的广告数可能占总体很大比例。如果按照广告主Id取模分库，某些库的记录数会特别多，对于这些超级Id，需要提供单独库来存储记录。

分库数量

分库数量首先和单库能处理的记录数有关，一般来说，Mysql 单库超过5000万条记录，Oracle单库超过1亿条记录，DB压力就很大(当然处理能力和字段数量/访问模式/记录长度有进一步关系)。

在满足上述前提下，如果分库数量少，达不到分散存储和减轻DB性能压力的目的；如果分库的数量多，好处是每个库记录少，单库访问性能好，但对于跨多个库的访问，应用程序需要访问多个库，如果是并发模式，要消耗宝贵的线程资源；如果是串行模式，执行时间会急剧增加。

最后分库数量还直接影响硬件的投入，一般每个分库跑在单独物理机上，多一个库意味多一台设备。所以具体分多少个库，要综合评估，一般初次分库建议分4-8个库。

路由透明

分库从某种意义上来说，意味着DB schema改变了，必然影响应用，但这种改变和业务无关，所以要尽量保证分库对应用代码透明，分库逻辑尽量在数据访问层处理。当然完全做到这一点很困难，具体哪些应该由DAL负责，哪些由应用负责，这里有一些建议：

1)对于单库访问，比如查询条件指定用户Id，则该SQL只需访问特定库。此时应该由DAL层自动路由到特定库，当库二次分裂时，也只要修改mod 因子，应用代码不受影响。 
2)对于简单的多库查询，DAL负责汇总各个数据库返回的记录，此时仍对上层应用透明。 
3)对于带聚合运算的多库查询，如带groupBy/orderby/min/max/avg等关键字，建议DAL汇总单个库返回的结果，上层应用做进一步处理。一方面DAL全面支持各种case，实现很复杂；另一方面，从1号店实践来看，这样的例子不多，在上层应用作针对性处理，更加灵活。

DAL可进一步细分为JDBC和DAL两层，基于JDBC层面实现分库路由，系统开发难度大，灵活性低，目前也没有很好的成功案例；一般是基于持久层框架进一步封装成DDAL(分布式数据访问层)，实现分库路由，1号店DAL即基于iBatis进行上层封装而来。

分页处理

分库后，有些分页查询需要遍历所有库，这些case是分库最大的受害者。

举个分页的例子，比如要求按时间顺序展示某个商家的订单，每页100条记录，由于是按商家查询，需要遍历所有数据库，假设库数量是8，我们来看下分页处理逻辑：

1)如果取第1页数据，则需要从每个库里按时间顺序取前100条记录，8个库汇总后有800条，然后对这800条记录在应用里进行二次排序，最后取前100条。 
2)如果取第10页数据，则需要从每个库里取前1000(100*10)条记录，汇总后有8000条记录，然后对这8000条记录二次排序后取（900,1000）条记录。

分库情况下，对于第k页记录，每个库要多取100*(k-1)条记录，所有库加起来，多取的记录更多，所以越是靠后的分页，系统要耗费更多内存和执行时间。 
对比没分库的情况，无论取那一页，都只要从单个DB里取100条记录，而且无需在应用内部做二次排序，非常简单。

那如何解决分库情况下的分页问题呢？有以下几种办法：

1)如果是在前台应用提供分页，则限定用户只能看前面n页，这个限制在业务上也是合理的，一般看后面的分页意义不大（如果一定要看，可以要求用户缩小范围重新查询）。 
2)如果是后台批处理任务要求分批获取数据，则可以加大page size，比如每次获取5000条记录，有效减少分页数（当然离线访问一般走备库，避免冲击主库）。 
3)分库设计时，一般还有配套大数据平台汇总所有分库的记录，有些分页查询可以考虑走大数据平台。

Lookup映射

分库字段只有一个，比如这里是用户Id，但订单表还有其他字段可唯一区分记录，比如订单Id，给定一个订单Id，相应记录一定在某个库里。如果盲目地查询所有分库，则带来不必要的开销，Lookup映射可根据订单Id，找到相应的用户Id，从而实现单库定位。

可以事先检索所有订单Id和用户Id，保存在Lookup表里，Lookup表的记录数和订单库记录总数相等，但它只有2个字段，所以存储和查询性能都不是问题。实际使用时，一般通过分布式缓存来优化Lookup性能。对于新增的订单，除了写订单表，同时要写Lookup表。

1)上层应用通过订单服务/分库代理和DAL访问数据库。 
2)代理对订单服务实现功能透明，包括聚合运算，非用户Id到用户Id的映射。 
3)Lookup表用于订单Id/用户Id映射，保证按订单Id访问时，可以直接落到单个库，Cache是Lookup的内存数据映像，提升性能，cache故障时，直接访问Lookup表。 
4)DAL提供库的路由，根据用户Id定位到某个库，对于多库访问，DAL支持可选的并发访问模式，并支持简单记录汇总。 
5)Lookup表初始化数据来自于现有分库数据，新增记录时，直接由代理异步写入。